Tomas L.
Klaipėdos profesionalioje SEQUENCH Ltd laboratorijoje atliktas fermentuotų gėrimų mikrobiomo tyrimas, pasitelkiant DNR sekvenavimo metodą. Analizė atskleidė, kad produktuose gausu ne tik naudingų bakterijų, bet aptinkami ir įvairūs taksonai. Apie tyrimą pasakoja „Mėmelio Fermentuotas“ vadovė Rūta Gudaitytė ir mokslininkė dr. Aurelija Samuilovienė.
– Žmonės vis dažniau renkasi fermentuotus gėrimus dėl jų siejamos naudos sveikatai. Ar būtent tai buvo pagrindinis impulsas imtis šio tyrimo?
Rūta: Ne tik. Pirmiausia todėl, kad pati juos gaminu jau šešerius metus. Tada ir pradėjau tyrinėti. Antra, smalsumo vedina norėjau išsiaiškinti, kodėl vieni gaminiai kvepia, kiti – ne. Šis mokslinis projektas ir straipsnis subrendo jau po daugybinių mikrobiologinių, cheminių ir genetinių tyrimų.
– Kodėl pasirinkote tirti būtent fermentuotus grūdinius gėrimus? Kuo jie išsiskiria iš kitų fermentuotų produktų, pavyzdžiui, kefyro ar jogurto?
Rūta: Projekto metu buvo tyrinėjami ne tik grūdų terpėse fermentuoti gaminiai, bet ir vaisių bei uogų. Nuo jogurto ar kefyro šie gaminiai skiriasi savo bakterijų rūšine sudėtimi, mielių ir ne visada naudingų žmogui, kiekiais. Noriu pabrėžti, kad uogų, vaisių ar medaus pagrindu fermentuotų gaminių bakterijų sudėtis ir kolonijų gausa, ženkliai skiriasi (yra mažesnė), nuo grūdų terpėje auginamų mikroorganizmų.
– Ką šis tyrimas atskleidė apie fermentuotų gėrimų mikrobiologinę sudėtį, ko iki šiol nežinojome arba negalėjome tiksliai įvertinti?
Rūta: Jau prieš ketverius metus įsitikinau, kad vien mikrobiologiniai tyrimai ne visada leidžia pilnai atskleisti mikrobiotos sudėtį. Taip yra todėl, kad lėkštelėse tam tikrose bakterijų terpėse šalia gali ir išauga daug kitų mikroorganizmų, todėl teigti kad pvz.: konkrečioje Lactobacillus terpėje užaugo tik tos bakterijos, ne visai teisinga.
– Tyrime naudojote DNR sekvenavimo metodą. Paprastai paaiškinant, kaip vyksta toks tyrimas ir kaip iš gėrimo mėginio galima nustatyti, kokie mikroorganizmai jame yra?
Aurelija: DNR sekvenavimas leidžia nustatyti, kokie mikroorganizmai yra mėginyje, analizuojant jų genetinę informaciją. Pirmiausia iš tiriamo gėrimo paimamas mėginys, kuriame gali būti įvairių bakterijų, mielių ar kitų mikroorganizmų. Tuomet laboratorijoje iš šio mėginio išskiriama visa jame esanti DNR. Kad būtų galima ją tiksliau ištirti, tam tikros DNR sritys yra didinamos naudojant specialią, polimerazės grandininę reakciją. Po to yra ruošiamos sekvenavimo bibliotekos ir atliekamas DNR sekvenavimas – nustatoma tiksli nukleotidų seka, t. y. genetinis „kodas“. Gautos sekos palyginamos su didelėmis duomenų bazėmis, kuriose saugomi žinomi įvairių mikroorganizmų genetiniai duomenys. Kadangi kiekviena rūšis turi savitą DNR, pagal sutapimus galima tiksliai nustatyti, kokie mikroorganizmai buvo gėrime. Tokiu būdu net ir nematomi plika akimi organizmai gali būti identifikuojami ir įvertinama jų įvairovė bei gausa.
– Kuo genetiniai tyrimo metodai skiriasi nuo kitų tyrimo būdų?
Aurelija: Mikrobiologiniai metodai leidžia aptikti gyvus mikroorganizmus, kuriuos galima išauginti mitybinėse terpėse, įvertinti jų kiekį bei nustatyti kai kurias rūšis pagal morfologiją ar biochemines savybes. Tačiau mikrobiologiniai metodai neparodo nekultivuojamų mikroorganizmų (t.y. tų, kurie neišauga ant mitybinių terpių) todėl gali netiksliai atspindėti realią mikrobiotos sudėtį.
Genetinių metodų metu yra analizuojama genetinė mikroorganizmų medžiaga (DNR arba RNR) ir tai leidžia tiksliau ir išsamiau nustatyti mikrobiotos sudėtį, nes aptinkamos visos mikroorganizmų rūšys, net tos, kurios negali augti dirbtinėse terpėse. Taip pat, genetinių metodų pagalba galima identifikuoti mikroorganizmus iki rūšies ar štamo lygmens.
– Kokius privalumus suteikia DNR analizė, o kokie yra apribojimai?
Aurelija: DNR analizė suteikia naujų galimybių tirti fermentuotų gėrimų mikrobiomą – tai yra visų juose esančių mikroorganizmų, tokių kaip bakterijos ir mielės, visumą. Naudojant šiuolaikinius genetinius metodus galima daug tiksliau nustatyti, kokie mikroorganizmai dalyvauja fermentacijos procese, net ir tada, kai jų neįmanoma lengvai išauginti laboratorijoje. Tai leidžia gauti išsamesnį mikrobiomo vaizdą nei tradiciniai tyrimo metodai.
Būtent išsamus mikrobinės sudėties stebėjimas leidžia greičiau pastebėti nepageidaujamus mikroorganizmus, kurie gali sukelti gedimą ar pakeisti produkto savybes. Taigi, leidžia vykdyti geresnę produkto kokybės kontrolę
Be to, DNR analizė taip pat leidžia palyginti skirtingus fermentuotus gėrimus, atskiras gamybos partijas ar fermentacijos etapus ir nustatyti, kaip keičiasi mikroorganizmų bendrija laikui bėgant. Tai padeda tobulinti gamybos technologijas, kurti naujus produktus ir efektyviau valdyti fermentacijos procesą
Dar vienas labai svarbus DNR grįstų metodų privalumas yra tas, kad jų pagalba galima vienu metu analizuoti daug mikroorganizmų ir didelį mėginių kiekį. Todėl šie metodai yra daug greitesni ir efektyvesni negu tradiciniai auginimo metodai.
DNR analizė turi ir tam tikrų apribojimų. Ji parodo, kokių mikroorganizmų genetinė medžiaga yra mėginyje, tačiau ne visada leidžia nustatyti, ar šie mikroorganizmai yra gyvi ir aktyviai dalyvauja fermentacijoje. Mėginyje gali būti aptikta ir negyvų ląstelių DNR, todėl vien pagal DNR analizę ne visada galima tiksliai nustatyti, kurie mikroorganizmai lemia gėrimo savybes. Be to, DNR analizė dažniausiai neparodo, kokius junginius mikroorganizmai gamina ir kaip jie konkrečiai veikia produkto savybes.
Dar vienas svarbus aspektas yra tyrimų kaina ir sudėtingumas. Aukštos raiškos DNR sekoskaitai reikalinga speciali laboratorinė įranga, patyrę specialistai ir sudėtinga duomenų analizė. Todėl tokie tyrimai ne visada yra lengvai pritaikomi įprastinėje gamybinėje aplinkoje, ypač mažesnėse įmonėse ir kai kuriais atvejais tai gali būti traktuojama kaip tyrimų trūkumas.
Taip pat svarbu tai, kad DNR analizė pati savaime nepaaiškina viso fermentacijos proceso. Mikroorganizmų buvimą lemia ne tik jų genetinė informacija, bet ir aplinkos sąlygos – temperatūra, pH, maistinės medžiagos, deguonies kiekis bei gamybos technologija. Todėl norint visiškai suprasti fermentuoto gėrimo mikrobiomą, DNR analizę dažniausiai reikia derinti su kitais metodais.
Vis dėlto šie apribojimai nekeičia fakto, kad DNR analizė turi labai daug privalumų ir dažnai suteikia daugiau informacijos nei tradiciniai tyrimo būdai. Ji leidžia ištirti visą mikroorganizmų bendriją, aptikti sunkiai kultivuojamus mikroorganizmus, stebėti mikrobiomo pokyčius fermentacijos metu ir geriau suprasti, kaip mikroorganizmai gali būti susiję su produkto kokybe bei savybėmis.
– Kokių naudingų bakterijų ir kitų mikroorganizmų radote daugiausia?
Rūta: Lyderiauja Lactobacillus gentis, su skirtingomis tarp gamintojų padermėmis. Kai kuriuose gaminiuose randame ir Bifido bakterijų po keletą rūšių, bet yra gaminių, kuriuose mes jų neaptinkame visiškai. Dažniausia tai vaisių, uogų, medaus pagrindu fermentuotuose gaminiuose Bifido bakterijų nerandame visai, nors tų pačių mėginių mikrobiologija rodo, kad jos ten yra. Tuo ir reikšmingi genetiniai tyrimai, nes jie leidžia išsamiau įvertinti mikroorganizmų sudėtį.
– Tyrime aptikote ir nepageidaujamų bakterijų. Kokios jos buvo ir kodėl jos yra žalingos žmogaus sveikatai?
Aurelija: Svarbu pažymėti, kad daugumoje gamintojų potencialiai kenksmingų bakterijų dalis nesiekė 1 proc. ir ši tendencija buvo stabili tarp skirtingų partijų. Tačiau kai kuriuose gaminiuose aptikta gana didelė nepageidaujamų bakterijų gausa, įskaitant Clostridium tyrobutyricum ir Anoxybacillus flavithermus, kurie gali prisidėti prie produkto gedimo ar nepageidaujamų skonio savybių atsiradimo. Ypatingai didelė nepageidaujamų bakterijų gausa pasižymėjo vienas produktas, kuriame net 84,3 proc. bakterijų buvo priskirta „potencialiai kenksmingų“ arba „nepageidaujamų“ kategorijoms. Tai įrodo, kad visus gaminius yra būtina tirti, siekiant įvertinti jų saugumą ir galimą riziką.
– Ar tyrimo rezultatai jus nustebino? Galbūt aptikote mikroorganizmų, kurių tokiuose produktuose nesitikėjote rasti?
Rūta: Žinoma, visada stebina, o ypač tie mėginiai, kurie kaip suprantu iš tyrimų, neturi technologinės savikontrolės. Ten galima aptikti kaskart vis kitas bakterijų gentis ir padermes ir dažniausiai net ne gerąsias. Žmonės galvoja, kad jeigu fermentuotas, tai viskas ten gerai. Deja, ne visada taip. Fermentuotuose nekontroliuojamuose gaminiuose gali išaugti pačių įvairiausių mikroorganizmų, bei mielių rūšių, kurių gamintojai net neįtaria esant.
– Viena svarbiausių tyrimo išvadų – skirtingų gamintojų produktų mikrobiomas gana ryškiai skyrėsi. Kuo skyrėsi ir kodėl taip nutinka?
Rūta: Taip nutinka dėl daugelio faktorių pvz.: dėl vidinės gamybos kontrolės, dėl žaliavų taršos, higienos ir dėl bakterijų genčių, kurias gamintojai deda į savo gaminius. Reikia pabrėžti tai, jog net pačiuose raugų mišiniuose gali ir būna ne visai draugiškų mums bakterijų. Periodiškų genetinių tyrimų reikia tam, kad būtų išsiaiškintas galimos indikacinės taršos atsekamumas, bei jos kilmė.
– Nuo ko labiausiai priklauso fermentuoto produkto mikrobiomas? Kokiais atvejais produkte bus daugiau naudingų mikroorganizmų, o kada bus daugiau nepageidaujamų bakterijų?
Rūta: Tai priklauso nuo mano minėtų priežasčių ir gamintojo technologinių procesų valdymo. Tam, kad suvaldytume šiuos procesus, privalome nuolat atlikti daugybę tyrimų ir ne tik mikrobiologinių, nes kitaip, net nežinosime ką pagaminome jau kitą kartą, todėl kad skystyje bakterijos yra gyvos ir nuolat kinta, mutuoja, koloboruoja.
– Ką po šio tyrimo paprastam vartotojui svarbiausia suprasti apie fermentuotus gėrimus ir jų mikrobiomą?
Rūta: Reikia suprasti vieną svarbų dalyką, jog fermentacija įvyksta visada, tik neaišku kokie mikroorganizmai joje dalyvauja. Todėl visada reikia atkreipti dėmesį į gaminių kvapus ir skonį. Sveikas ir švarus fermentuotas gaminys turi turėti pienarūgštės aromatą t.y. kefyro, jogurto, pasukų ir lengvą grūdų ar kitų ingredientų, kuriuose vyko fermentacija kvapus.
